ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ВВОДНЫЙ ОБЗОР 9
ГЛАВА I. ВОЗМОЖНОСТЬ Б03Е-К0НДЕНСАЦИИ ЭКСИТОНОВ В
РАЗМЕРНО-КВАНТОВАННЫХ ПЛЕНКАХ И ШАРАХ 23
§ I. Бозе-конденсации экситонов в размерно-
квантованной пленке. 24
§ 2. Спектр элементарных возбуждений экситон-
ного конденсата в пленке. 35
§ 3. Бозе-конденсадия экситонов в размерно-квантованном шаре. 42
ГЛАВА П. ЗКСИТОННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В РАЗМЕРНО-КВАНТОВАННЫХ ПЛЕНКАХ И ШАРАХ В ПРИСУТСТВИИ ЖСИТОННОГО КОНДЕНСАТА 51
§ I. Вероятность экситонного перехода в непрямозонной пленке при высоких уровнях возбуждения. 52
§ 2. Коэффициент экситонного поглощения в непрямозонной пленке при наличии бозе-конденсата экситонов. 57
§ 3. Коэффициент экситонного поглощения в размерно-квантованном шаре при наличии бозе-конденсата экситонов. 64
ГЛАВА Ш. ДВУХФОТОННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В ПРЯМОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ В ПРИСУТСТВИИ БОЗЕ-КОНДЕНСАТА
акситонов 69
§ I. Двухфотонное поглощение в присутствии бозе-
конденсата в массивных полупроводниках. 69
§ 2.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРА1УРА
Двухфотонное поглощение в прямозонных пленках в присутствии бозе-конденсата экситонов.
- 4 -
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время практически нет такой области науки и техники, где не использовались бы полупроводниковые материалы. Диапазон их использования очень широк - транзисторы, интегральные схемы, полупроводниковые лазеры, оптические системы по передаче и обработке информации, а в перспективе, - и сверхбыстродействующие оптические вычислительные машины.
Если на ранней стадии развития физики полупроводников ограничивались, в основном, изучением энергетического спектра различных квазичастиц, то основной задачей, стоящей перед исследователями на современном этапе развития полупроводниковой науки, является открытие и исследование возможностей контролируемого изменения различных параметров изучаемого образца. В этом отношении, наряду с интенсивными исследованиями, которые ведутся в области физики неупорядоченных полупроводников, первостепенной потребностью современной микро- и оптоэлектроники является также открытие и исследование новых физических свойств кристаллических полупроводниковых веществ.
Фундаментальной характеристикой, определяющей большинство физических свойств твердого тела, является закон дисперсии
го вектора }< . Поэтому вопрос получения кристаллов с требуе-
мыми и, по возможности, управляемыми параметрами, сводится к вопросу о возможностях целенаправленного изменения законов дисперсии тех или иных квазичастиц. К настоящему времени имеется достаточно много методов управления законом дисперсии квазичастиц. Отметим хотя бы такие модулирующие воздействия, как электрическое и магнитное поля, одноосное и всестороннее дэв-
зависимость энергии Е от квэзиволново-
5
ление, изменение температуры и степени легирования и др.
Из общих квэнтовомеханических соображений ясно, что радикальной перестройки энергетического спектра квазичастиц следует ожидать в том случае, когда энергия внешнего воздействия становится сравнимой с какой-либо характерной энергией исследуемого образца (энергией активации, шириной запрещенной зоны, энергией теплового движения носителей и др.).
Наряду с перечисленными "традиционными11 методами в последнее время широко используются и такие сильные модулирующие воздействия, К8К мощное световое излучение и квантовый размерный эффект (КРЭ). Благодаря развитию лазерной техники, наряду с множеством других вопросов, стало возможным также и изучение полупроводниковых материалов при высоких уровнях возбуждения. Ясно, что многие свойства кристаллов при этом будут определяться коллективными свойствами электронно-дырочных пар. КРЭ же дает возможность управления свойствами образцов аномально малых размеров, когда энергетический спектр носителей и других квэзичастиц частично (пленки, квантующие нити), или полностью (шаровидные микрокристаллы) дискретный. Поэтому, в связи с естественной тенденцией к предельно возможной миниатюризации приборов, рззмерно-квантующие материалы являются очень перспективными объектами исследования.
Ясно, что при совмещении нескольких модулирующих воздействий в частности, при одновременном создании больших уровней возбуждения и условий для проявления КРЭ, следует ожидать проявления принципиально новых физических свойств вещества.
Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию рэзмерно-квантующих полупроводниковых пленок и шаров, когда в них при создании высоких уровней возбуждения наиболее четко
6
проявляется одно из коллективных свойств электронно-дырочных пар - бозе-конденсэция (НС) экситонов.
Основные положения, выносимые на защиту, следующие:
1. Бозе-конденсация экситонов в полупроводниковой пленке.
2. Энергетический спектр элементарных возбуждений экситон-ного конденсата в пленке при наличии слабого отталкивания между экситонами.
3. Бозе-конденсация экситонов в квантующем шаре и зависимость температуры перехода от радиуса квантования.
4. Влияние наличия конденсата на экситонное поглощение в непрямозонной пленке.
3. Влияние наличия конденсата на экситонное поглощение в шаре.
6. Особенности двухфотонных прямых экситонных переходов в массивных образцах и пленках в присутствии бозе-конденсата экситонов. Возможность экспериментального обнаружения экситон-ного конденсата в поле встречных волн одинаковой частоты.
Диссертация состоит из вводного обзора, трех глав и заключения.
Во вводном обзоре приведены основные результаты имеющихся к настоящему времени работ относительно коллективных свойств экситонов в массивных полупроводниках, а также проявлении квантовых размерных эффектов в полупроводниковых пленках и шарах.
В главе первой рассматривается возможность бозе-конденса-ции экситонов в размерно-квантующих пленках и шарах.
В параграфе первом первой главы в рамках модели идеального бозе-газэ показана возможность БК экситонов в полупроводниковой пленке с "петлей” экстремумов.
В параграфе втором главы первой в приближении неидеэльного
- 7 -
бозе-гзза методом канонических преобразований Боголюбова получен спектр элементарных возбуждений экситонного конденсата в пленке.
В параграфе третьем главы первой в рамках модели идеального бозе-газэ показана возможность БК экситонов в квантующем шаре и получено выражение для определения темнературы перехода.
Во второй главе рассматриваются экситонные переходы под влиянием слэбой электромагнитной волны в непрямозонных полупроводниковых пленках и прямозонных квантующих шарах в присутствии БК экситонов.
В параграфе первом главы второй вычисляется вероятность экситонных переходов в непрямозонной пленке при высоких уровнях возбуждения.
В параграфе втором главы второй получена частотная зависимость коэффициента экситонного поглощения в пленке в присутствии БК экситонов без учета и с учетом слабой неидеальности экситонной подсистемы.
В параграфе третьем главы второй вычисляется коэффициент экситонного поглощения в прямозонном квантующем шаре в присутствии БК экситонов и в системе шаров с учетом дисперсии их радиусов.
В третьей главе рассмотрены двухфотонные экситонные переходы в массивных образцах и пленках в присутствии БК экситонов.
В параграфе первом главы третьей вычисляется коэффициент двухфотонного экситонного поглощения в присутствии БК экситонов в массивных прямозонных полупроводниках.
8
В параграфе втором главы третьей вычисляется коэффициент двухфотонного экситонного поглощения в прямозонной пленке в присутствии Ш экситонов.
В Заключении приведены основные результаты, полученные в настоящей диссертационной работе.
- Київ+380960830922